Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ( Luận văn thạc sĩ)

i đại học tháI nguyên Tr-ờng đại học kỹ thuật c«ng nghiƯp  - Phïng kiªn NGHI£N CøU, øNG DụNG hệ mờ lai cho tay máy Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Thái nguyên, 2014 S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii đại học tháI nguyên Tr-ờng đại học kỹ thuật công nghiệp  - Phïng kiªn NGHI£N CøU, øNG DơNG hƯ mê lai cho tay máy Chuyên ngành: kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Phòng quản lý đt sau đại học ng-ời h-ớng dẫn khoa học PGS.TS lại khắc lãi Thái Nguyên, 2014 S hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phùng Thanh Kiên Sinh ngày: 31/7/1981 Học viên lớp cao học Khoá 14 - Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Cao đẳng nghề Yên Bái Xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy ” Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan mình./ Thái Nguyên, ngày tháng năm 2013 Học viên Phùng Thanh Kiên Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trương, nghiêm túc hướng dẫn Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Các giảng viên thuộc Khoa Điện; Khoa Điện tử; Phòng Sau đại học … Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên số đồng nghiệp, quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả suốt q trình học tập để hồn thành luận văn Mặc dù với cố gắng triệt để, song hạn chế điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế thân nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn bè đồng nghiệp Từ đó, góp phần đưa ứng dụng đề tài nghiên cứu vào thực tế cách rộng rãi, hiệu Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Phùng Thanh Kiên Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii DANH MỤC CÁC BẢNG x LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU .3 Lý chọn đề tài .3 Mục tiêu cần đạt .3 Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn đề tài .3 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỜ .5 1.1 Tổng quan lôgic mờ điều khiển mờ 1.1.1 Tổng quan lôgic mờ 1.1.2 Tổng quan điều khiển mờ .9 1.2 Các điều khiển mờ phương pháp tổng hợp điều khiển mờ 17 1.2.1 Các điều khiển mờ 17 1.2.2 Phương pháp tổng hợp điều khiển mờ .18 1.3 Bộ điều khiển mờ lai 20 1.3.1 Khái niệm 20 1.3.2 Các cấu trúc điều khiển mờ lai thông dụng 20 1.3.3 Một số ví dụ ứng dụng điều khiển mờ lai .23 1.4 Kết luận chương 27 CHƢƠNG 2: MÔ TẢ TOÁN HỌC TAY MÁY 28 2.1 Sơ lược trình phát triển robot công nghiệp 28 2.2 Ứng dụng robot công nghiệp .29 2.3 Các cấu trúc robot công nghiệp .31 2.3.1 Cấu trúc chung 31 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi 2.3.2 Kết cấu tay máy .32 2.4 Tay máy bậc tự 33 2.4.1 Thiết lập hệ tọa độ: 33 2.4.2 Mơ hình biến đổi: 34 2.4.3 Phương trình động học: 35 2.4.4 Tổng hợp chuyển động Robot : .35 2.4.5 Động lực học Robot: .37 2.5 Kết luận chương 48 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI CHO TAY MÁY (FUZZY - PID) 49 49 3.2 Thiết kế điều khiển mờ lai cho tay máy bậc tự .53 64 3.4 Kết luận chương 70 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Stt Viết tắt Ý nghĩa PID Proportional Integral Derivative PI Proportional Integral Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 - Mờ hóa biến “tốc độ” Hình - Sơ đồ khối điều khiển mờ Hình - Hàm liên thuộc luật hợp thành 12 Hình - Giải mờ phương pháp cực đại 14 Hình - Giải mờ theo nguyên lý trung bình 15 Hình - Giải mờ theo nguyên lý cận trái 15 Hình - Giải mờ theo nguyên lý cận phải 16 Hình - Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm 16 Hình - Các điều khiển mờ 18 Hình 10 - Cấu trúc tổng quát hệ mờ 18 Hình 11 - Mơ hình điều khiển mờ lai kinh điển 21 Hình 12 - Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 22 Hình 13 - Điều khiển PI mờ hệ ổn định mực chất lỏng RT010 23 Hình 14 - Kết điều khiển PI mờ hệ ổn định mực chất lỏng RT010 24 Hình 15 - Điều khiển PI mờ hệ ổn định lưu lượng RT020 24 Hình 16 - Kết điều khiển PI mờ hệ ổn định lưu lượng RT020 25 Hình 17 - Điều khiển PI mờ hệ ổn định áp suất RT030 26 Hình1 18 - Kết điều khiển PI mờ hệ ổn định áp suất RT030 27 Hình - Sơ đồ cấu trúc chung robot cơng nghiệp 31 Hình 2 - Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống cảm biến 32 Hình - Sơ đồ kết cấu tay máy 33 Hình - Tay máy khâu phẳng (vị trí bất kỳ) 34 Hình - Cơ cấu tay máy bậc (khâu) 45 Hình - Mơ hình cấu trúc đối tượng phần mềm Matlab 49 Hình - Cấu trúc chi tiết đối tượng phần mềm Matlab 49 Hình 3 - Mơ hình cấu trúc điều khiển phần mềm Matlab 50 Hình - Mơ hình cấu trúc lọc đầu vào phần mềm Matlab 50 Hình - Sơ đồ cầu trúc mô hệ điều khiển Robot bậc tự 51 Hình - Đáp ứng đầu biến khớp Robot 51 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix Hình - Sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu thực biến khớp 52 Hình - Tín hiệu điều khiển biến khớp Robot 52 Hình - Đáp ứng nhiễu hệ thống có điều khiển PD 53 Hình 10 - Bộ điều khiển Mờ lai 54 Hình 11 - Định nghĩa biến vào điều khiển mờ 54 Hình 12 - Định nghĩa biến vào điều khiển mờ 55 Hình 13 - Định nghĩa tập mờ cho biến ET điều khiển mờ 56 Hình 14 - Định nghĩa tập mờ cho biến dET điều khiển mờ 57 Hình 15 - Định nghĩa tập mờ cho biến U điều khiển mờ 57 Hình 16- Xây dựng luật điều khiển cho điều khiển mờ 58 Hình 17 - Quan sát tín hiệu vào mờ 59 Hình 18 - Bề mặt đặc trưng cho quan hệ vào điều khiển mờ 59 Hình 3.19 - Đáp ứng nhiễu hệ thống có điều khiển mờ 60 Hình 20 - Các thơng số cánh tay robot bậc tự 60 Hình 21 - Quỹ đạo bám biến khớp sử dụng điều khiển mờ 61 Hình 22 - Tín hiệu điều khiển biến khớp 62 Hình 23 - Sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu bám biến khớp 62 Hình 3.24 - Mơ hình thực nghiệm 64 Hình 25 - Sơ đồ khối chạy thực nghiệm 65 Hình 26 - Cấu hình cổng kết nối 65 Hình 27 - 66 Hình 28 - Cấu hình đọc encoder 66 Hình 29 - Cấu hình xuất tín hiệu PWM 67 Hình 30 - Điều khiển tốc độ chiều quay động 67 Hình 31 - Cấu hình đầu số 68 Hình 32 - Sơ đồ khối chạy thực nghiệm 68 Hình 33 - Kết chạy thực nghiệm cho biến khớp 69 Hình 34 - Kết chạy thực nghiệm cho biến khớp 69 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1- Thông số DH tay máy phẳng 34 Bảng 2 - Bộ thông số DH tay máy toàn khớp 45 Bảng - Thông số cho cánh tay robot bậc tự 61 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... là: "Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy" Mục tiêu cần đạt đƣợc Xây dựng điều khiển mờ lai cho cánh tay robot đảm bảm yêu cầu chất lượng, cụ thể là: - Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai để... luận chương 48 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI CHO TAY MÁY (FUZZY - PID) 49 49 3.2 Thiết kế điều khiển mờ lai cho tay máy bậc tự .53 64 3.4 Kết luận. .. nghiệp Đề tài Nghiên cứu, ứng dụng hệ mờ lai cho tay máy đề xuất phương pháp thiết kế điều khiển cho mơ hình Cánh tay Robot RD5NT phòng thí nghiệm dựa thuật tốn điều khiển mờ lai tham khảo số